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The centrality dependence of the p/π ratio measured by the ALICE Collaboration in 5.02 TeV Pb-Pb collisions indicates a statistically significant suppression with the increase of the charged particle multiplicity once the centrality-correlated part of the systematic uncertainty is eliminated from the data. We argue that this behavior can be attributed to baryon annihilation in the hadronic phase. By implementing the BB¯↔5π reaction within a generalized partial chemical equilibrium framework, we estimate the annihilation freeze-out temperature at different centralities, which decreases with increasing charged particle multiplicity and yields Tann=132±5 MeV in 0-5% most central collisions. This value is considerably below the hadronization temperature of Thad∼160 MeV but above the thermal (kinetic) freeze-out temperature of Tkin∼100 MeV. Baryon annihilation reactions thus remain relevant in the initial stage of the hadronic phase but freeze out before (pseudo-)elastic hadronic scatterings. One experimentally testable consequence of this picture is a suppression of various light nuclei to proton ratios in central collisions of heavy ions.
In this paper, we present the repercussions of Padmanabhan's propagator in electrodynamics. This corresponds to implement T-duality effects in a U(1) gauge theory. By formulating a nonlocal action consistent with the above hypothesis, we derive the profile of static potentials between electric charges via a path integral approach. Interestingly, the Coulomb potential results regularized by a length scale proportional to the parameter (α′)1/2. Accordingly, fields are vanishing at the origin. We also discuss an array of experimental testbeds to expose the above results. It is interesting to observe that T-duality generates an effect of dimensional fractalization, that resembles similar phenomena in fractional electromagnetism. Finally, our results have also been derived with a gauge-invariant method, as a necessary check of consistency for any non-Maxwellian theory.
Multichannel decay law
(2022)
It is well known, both theoretically and experimentally, that the survival probability for an unstable quantum state, formed at t=0, is not a simple exponential function, even if the latter is a good approximation for intermediate times. Typically, unstable quantum states/particles can decay in more than a single decay channel. In this work, the general expression for the probability that an unstable state decays into a certain i-th channel between the initial time t=0 and an arbitrary t>0 is provided, both for nonrelativistic quantum states and for relativistic particles. These partial decay probabilities are also not exponential and their ratio turns out to be not a simple constant, as it would be in the exponential limit. Quite remarkably, these deviations may last relatively long, thus making them potentially interesting in applications. Thus, multichannel decays represent a promising and yet unexplored framework to search for deviations from the exponential decay law in quantum mechanical systems, such as quantum tunneling, and in the context of particle decays.
We explore the parameter space of the two-flavor thermal quark–meson model and its Polyakov loop-extended version under the influence of a constant external magnetic field B. We investigate the behavior of the pseudo critical temperature for chiral symmetry breaking taking into account the likely dependence of two parameters on the magnetic field: the Yukawa quark–meson coupling and the parameter T0 of the Polyakov loop potential. Under the constraints that magnetic catalysis is realized at zero temperature and the chiral transition at B=0 is a crossover, we find that the quark–meson model leads to thermal magnetic catalysis for the whole allowed parameter space, in contrast to the present picture stemming from lattice QCD.
We review the properties of the strongly interacting quark-gluon plasma (QGP) at finite temperature T and baryon chemical potential µB as created in heavy-ion collisions at ultrarelativistic energies. The description of the strongly interacting (non-perturbative) QGP in equilibrium is based on the effective propagators and couplings from the Dynamical QuasiParticle Model (DQPM) that is matched to reproduce the equation-of-state of the partonic system above the deconfinement temperature Tc from lattice QCD. Based on a microscopic transport description of heavy-ion collisions, we discuss which observables are sensitive to the QGP creation and its properties.
We use a simple hard-core gas model to study the dynamics of small exploding systems. The system is initially prepared in a thermalized state in a spherical container and then allowed to expand freely into the vacuum. We follow the expansion dynamics by recording the coordinates and velocities of all particles until their last collision points (freeze-out). We have found that the entropy per particle calculated for the ensemble of freeze-out points is very close to the initial value. This is in apparent contradiction with the Joule experiment in which the entropy grows when the gas expands irreversibly into a larger volume.
We study the effect of the chiral symmetry restoration (CSR) on heavy-ion collisions observables in the energy range sNN=3–20GeV within the Parton-Hadron-String Dynamics (PHSD) transport approach. The PHSD includes the deconfinement phase transition as well as essential aspects of CSR in the dense and hot hadronic medium, which are incorporated in the Schwinger mechanism for particle production. Our systematic studies show that chiral symmetry restoration plays a crucial role in the description of heavy-ion collisions at sNN=3–20GeV, realizing an increase of the hadronic particle production in the strangeness sector with respect to the non-strange one. Our results provide a microscopic explanation for the horn structure in the excitation function of the K+/π+ ratio: the CSR in the hadronic phase produces the steep increase of this particle ratio up to sNN≈7GeV, while the drop at higher energies is associated to the appearance of a deconfined partonic medium. Furthermore, the appearance/disappearance of the horn structure is investigated as a function of the system size. We additionally present an analysis of strangeness production in the (T,μB)-plane (as extracted from the PHSD for central Au+Au collisions) and discuss the perspectives to identify a possible critical point in the phase diagram.
Dilepton production in pp and Au+Au nucleus–nucleus collisions at s=200GeV as well as in In+In and Pb+Au at 158AGeV is studied within the microscopic HSD transport approach. A comparison to the data from the PHENIX Collaboration at RHIC shows that standard in-medium effects of the ρ,ω vector mesons—compatible with the NA60 data for In+In at 158AGeV and the CERES data for Pb+Au at 158AGeV—do not explain the large enhancement observed in the invariant mass regime from 0.2 to 0.5 GeV in Au+Au collisions at s=200 GeV relative to pp collisions.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein verbessertes Buncher-System für Hochfrequenzbeschleuniger mit niedrigem und mittlerem Ionenstrom entwickelt. Die entwickelte Methodik hat ermöglicht, ein effektives, vereinfachtes Buncher-System für die Injektion in HF-Beschleuniger wie RFQs, Zyklotrons, DTLs usw. zu entwerfen, welches kleine Ausgangsemittanzen und beträchtliche Strahltransmissionen erzielt. Um einen mono-energetischen und kontinuierlichen Strahl aus einer Ionenquelle für den Einschuss in eine Hochfrequenz-Beschleunigerstruktur anzupassen, wird eine Energiemodulation benötigt, die im weiteren Verlauf (Driftstrecke) zur Längsfokussierung des Strahls führt. Durch eine Sägezahnwellenform wird die ideale Energiemodulation aufgrund der linearen Abhängigkeit zwischen der Energie der Teilchen und ihren relativen Phasen erreicht. Dies ist jedoch technologisch nicht möglich, da Teilchenbeschleuniger Spannungsniveaus im Bereich kV bis 100 kV benötigen. Dagegen ist für eine solche Zielsetzung eine räumliche Trennung der sinusförmigen Anregung mit der Grundfrequenz und höheren Harmonischen möglich.
Daher wurde in dieser Arbeit ein verbesserter harmonischer Buncher, der sogenannte „Double Drift Harmonic Buncher - DDHB“ entwickelt, welcher zahlreiche Vorteile hat. Eine geringe longitudinale Emittanz sowie finanzielle Aspekte sprechen für diesen Lösungsansatz. Die Hauptelemente eines DDHB Systems sind zwei Kavitäten, die durch eine Driftlänge L1 getrennt sind, wobei der erste Resonator mit der Grundfrequenz bei -90° synchroner Phase und angelegter Spannung V1 und der zweite Resonator bei der zweiten harmonischen Frequenz mit +90 synchroner Phase und angelegter Spannung V2 betrieben werden. Schließlich ist eine zweite Drift L2 am Ende des Arrays für eine longitudinale Strahlfokussierung am Hauptbeschleunigereingang erforderlich. Somit erfüllt ein solcher Aufbau das angestrebte Ziel einer hohen Einfangseffizienz und einer kleinen longitudinalen Emittanz durch Anpassen der vier Designparameter V1, L1, V2 und L2.
Das Verständnis der Fokussierung, ausgehend von einem Gleichstromstrahl, einschließlich der Raumladungskräfte, ist einer der wesentlichen Bestandteile der Strahlphysik. Viele kommerzielle Codes bieten Simulationsmöglichkeiten in diesem Anwendungsbereich. Ihre Ansätze bleiben jedoch dem Anwender meist verborgen, oder es fehlen wichtige Details zur genauen Abbildung des vorliegenden Konzepts. Daher bestand eine Hauptaufgabe dieser Arbeit darin, einen speziellen Multi-Particle-Tracking-Beam-Dynamics-Code (BCDC) zu entwickeln, bei dem der Raumladungseffekt während des Bunch-Vorgangs, ausgehend von einem DC-Strahl berechnet wird. Der BCDC - Code enthält elementare Routinen wie Drift und Beschleunigungsspalt oder magnetische Linse für die transversale Strahlfokussierung und Raumladungsberechnungen unter Berücksichtigung der Auswirkungen der nächsten Nachbar-Bunche (NNB). Der Raumladungsalgorithmus in BCDC basiert auf einer direkten Coulomb- Gitter-Gitter-Wechselwirkung und Berechnungen des elektrischen Feldes durch Lokalisierung der Ladungsdichte auf einem kartesischen Gitter. Um Genauigkeit zu erreichen, werden die Feldberechnungen in Längsrichtung symmetrisch um das zentrale Bucket (βλ-Größe) erweitert, so dass das Simulationsfeld dreimal so groß ist. Die zentrale Teilchenverteilung wird dann nach jedem Schritt in die benachbarten Buckets kopiert. Anschließend werden die resultierenden Felder im Hauptgitterfeld neu berechnet, indem die elektrischen Felder im Hauptgitterfeld mit denen aus den benachbarten Regionen überlagert werden. Ohne diese Methode würde z. B. ein kontinuierlicher Strahl, welcher jedoch in der Simulation nur innerhalb einer Zelle der Länge βλ definiert ist, zu einer resultierenden Raumladungsfeldkomponente Ez an beiden Rändern der Zelle führen. Ein solches unphysikalisches Ergebnis konnte durch die Anwendung der NNB-Technik bereits weitgehend eliminiert werden. Zusätzlich zum NNB-Feature verfügt das BCDC über eine weitere Besonderheit nämlich die sogenannte Raumladungskompensation (SCC). Aufgrund der Ionisierung des Restgases kommt es entlang des Niederenergiestrahltransports zu einer teilweisen Raumladungskompensation, und zwar am und hinter dem Bunchersystem mit unterschiedlichen Prozentsätzen. Eines der Hauptziele des DDHB-Konzepts besteht darin, es für Hochstromstrahlanwendungen zu entwickeln. Dabei ermöglicht die teilweise Raumladungskompensation, dass das Design in der Praxis höhere Stromniveaus erreicht. Dadurch ist das BCDC-Programm ein leistungsstarkes Werkzeug für Simulationen in künftigen, stromstarken Projekten. Proof-of-Principle-Designs wurden in dieser Arbeit entwickelt.
We study vacuum masses of charmonia and the charm-quark diffusion coefficient in the quark-gluon plasma based on the spectral representation for meson correlators. To calculate the correlators, we solve the quark gap equation and the inhomogeneous Bethe–Salpeter equation in the rainbow-ladder approximation. It is found that the ground-state masses of charmonia in the pseudoscalar, scalar, and vector channels can be well described. For 1.5Tc<T<3.0Tc, the value of the diffusion coefficient D is comparable with that obtained by lattice QCD and experiments: 3.4<2πTD<5.9. Relating the diffusion coefficient with the ratio of shear viscosity to entropy density η/s of the quark-gluon plasma, we obtain values in the range 0.09<η/s<0.16.